Solid-phase synthesis and NMR studies of modified oligonucleotides forming triplex helix and of oligonucleopeptides mimicking the topoisomerase I-DNA covalent complex

Report for the scientific sojourn carried out at the Institut de Biologia Molecular de Barcelona of the CSIC –state agency – from april until september 2007. Topoisomerase I is an essential nuclear enzyme that modulates the topological status of DNA, facilitating DNA helix unwinding during replication and transcription. We have prepared the oligonucleotide-peptide conjugate Ac-NLeu-Asn-Tyr(p-3’TTCAGAAGC5’)-LeuC-CONH-(CH2)6-OH as model compound for NMR studies of the Topoisomerase I- DNA complex. Special attention was made on the synthetic aspects for the preparation of this challenging compound especially solid supports and protecting groups. The desired peptide was obtained although we did not achieve the amount of the conjugate needed for NMR studies. Most probably the low yield is due to the intrinsic sensitive to hydrolysis of the phosphate bond between oligonucleotide and tyrosine. We have started the synthesis and the structural characterization of oligonucleotides carrying intercalating compounds. At the present state we have obtained model duplex and quadruplex sequences modified with acridine and NMR studies are underway. In addition to this project we have successfully resolved the structure of a fusion peptide derived from hepatitis C virus envelope synthesized by the group of Dr. Haro and we have synthesized and started the characterization of a modified G-quadruplex.

Protein oligomers studied by solid-state NMR the case of the full-length nucleoid-associated protein histone-like nucleoid structuring protein

Members of the histone-like nucleoid structuring protein (H-NS) family play roles both as architectural proteins and as modulators of gene expression in Gram-negative bacteria. The H-NS protein participates in modulatory processes that respond to environmental changes in osmolarity, pH, or temperature. H-NS oligomerization is essential for its activity. Structural models of different truncated forms are available. However, high-resolution structural details of full-length H-NS and its DNA-bound state have largely remained elusive. We report on progress in characterizing the biologically active H-NS oligomers with solid-state NMR. We compared uniformly ((13)C,(15)N)-labeled ssNMR preparations of the isolated N-terminal region (H-NS 1-47) and full-length H-NS (H-NS 1-137). In both cases, we obtained ssNMR spectra of good quality and characteristic of well-folded proteins. Analysis of the results of 2D and 3D (13)C-(13)C and (15)N-(13)C correlation experiments conducted at high magnetic field led to assignments of residues located in different topological regions of the free full-length H-NS. These findings confirm that the structure of the N-terminal dimerization domain is conserved in the oligomeric full-length protein. Small changes in the dimerization interface suggested by localized chemical shift variations between solution and solid-state spectra may be relevant for DNA recoginition.

Azolium-based systems: application of an anion exchange resin (A- form) method and 1H NMR analysis of the charged-assisted (CH)+·anion hydrogen bonds

The counteranion exchange of quaternary 1,2,3-triazolium salts was examined using a simple method that permitted halide ions to be swap for a variety of anions using an anion exchange resin (A¯ form). The method was applied to 1,2,3-triazolium-based ionic liquids and the iodideto- anion exchange proceeded in excellent to quantitative yields, concomitantly removing halide impurities. Additionally, an anion exchange resin (N3¯ form) was used to obtain the benzyl azide from benzyl halide under mild reaction. Likewise, following a similar protocol, bis(azidomethyl)arenes were also synthesized in excellent yields. The results of a proton NMR spectroscopic study of simple azolium-based ion pairs are discussed, with attention focused on the significance of the charged-assisted (CH)+···anion hydrogen bonds of simple azolium systems such as 1-butyl-3-methylimidazolium and 1-benzyl-3-methyl-1,2,3-triazolium salts.

Azolium-based systems: application of an anion exchange resin (A- form) method and 1H NMR analysis of the charged-assisted (CH)+·anion hydrogen bonds

The counteranion exchange of quaternary 1,2,3-triazolium salts was examined using a simple method that permitted halide ions to be swap for a variety of anions using an anion exchange resin (A¯ form). The method was applied to 1,2,3-triazolium-based ionic liquids and the iodideto- anion exchange proceeded in excellent to quantitative yields, concomitantly removing halide impurities. Additionally, an anion exchange resin (N3¯ form) was used to obtain the benzyl azide from benzyl halide under mild reaction. Likewise, following a similar protocol, bis(azidomethyl)arenes were also synthesized in excellent yields. The results of a proton NMR spectroscopic study of simple azolium-based ion pairs are discussed, with attention focused on the significance of the charged-assisted (CH)+···anion hydrogen bonds of simple azolium systems such as 1-butyl-3-methylimidazolium and 1-benzyl-3-methyl-1,2,3-triazolium salts.

Azolium-based systems: application of an anion exchange resin (A- form) method and 1H NMR analysis of the charged-assisted (CH)+·anion hydrogen bonds

The counteranion exchange of quaternary 1,2,3-triazolium salts was examined using a simple method that permitted halide ions to be swap for a variety of anions using an anion exchange resin (A¯ form). The method was applied to 1,2,3-triazolium-based ionic liquids and the iodideto- anion exchange proceeded in excellent to quantitative yields, concomitantly removing halide impurities. Additionally, an anion exchange resin (N3¯ form) was used to obtain the benzyl azide from benzyl halide under mild reaction. Likewise, following a similar protocol, bis(azidomethyl)arenes were also synthesized in excellent yields. The results of a proton NMR spectroscopic study of simple azolium-based ion pairs are discussed, with attention focused on the significance of the charged-assisted (CH)+···anion hydrogen bonds of simple azolium systems such as 1-butyl-3-methylimidazolium and 1-benzyl-3-methyl-1,2,3-triazolium salts.

Preparació de materials híbrids orgànico-inorgànics a partir de sals d'imidazoli

Estudi elaborat a partir d’una estada a l’ Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier, França, durant 2006. S’han sintetitzat materials híbrids orgànico-inorgànics mitjançant el procés sol-gel i altres estratègies sintètiques. En alguns casos, s’ha intentat estructurar aquests materials, ja sigui per autoestructuració o per mitjà de tensioactius. Com a catalitzadors de les reaccions d'hidròlisi i policondensació s’han utilitzat àcids, bases i fluorurs. Els materials obtinguts s’han caracteritzat mitjançant diferents tècniques: BET (Brunauer-Emmett-Teller), TEM (microscopia electrònica de transmissió), SEM (microscòpia electrònica de rastreig), raigs X en pols , IR i RMN (ressonància magnètica nuclear) en estat sòlid. Amb aquests materials es pretén preparar catalitzadors heterogenis de Pd per reaccions d’acoblament creuat, i de Ru per reaccions de metàtesi. També s’han sintetitzat sals d'imidazoli amb cadenes hidrocarbonades llargues amb l'objectiu de preparar gels de sílice amb aquestes molècules atrapades dins la matriu inorgànica. Aquests materials s’utilitzaran com a organocatalitzadors i també es prepararan els corresponents catalitzadors de Pd per reaccions de Heck, Suzuki i Sonogashira. Les sals d’imidazoli s’han utilitzat com a tensioactius en la preparació de gels de sílice estructurats. Aquestes molècules han resultat ser cristalls líquids i s’han caracteritzar mitjançant DSC (differential scanning calorimetry), microscopia òptica i raigs X.

Nous derivats del 1-1'-bisnaftalè en el camp de l'enantioreconeixement: enantiodiferenciació i síntesi enantioselectiva

La línia principal d’investigació del nostre grup de recerca es basa en la síntesi i estudi de nous agents de solvatació quirals (CSAs), és a dir, compostos enantiopurs que s’utilitzen per a determinar la puresa enantiomèrica mitjançant la Ressonància Magnètica Nuclear (RMN). Al present treball volem sintetitzar i estudiar estructuralment la dicetona racèmica 14 amb la qual, mitjançant reaccions de reducció, podem obtenir el diol 12, el nou CSA que volem sintetitzar. També forma part del present treball la resolució de la dicetona racèmica 14, és a dir, aconseguir la separació dels seus dos enantiòmers mitjançant la formació de derivats diastereoisomèrics de 14 amb un reactiu enantiopur.

Estudis estructurals dels canvis conformacionals de les E3 ubiquitin lligases per RMN

L'estudi a nivell molecular de la ruta de senyalització activada per TGF-B té un impacte notable en el panorama actual donada la seva implicació en processos autoimmunitaris i carcinogènics. D'altra banda, l'elucidació a nivell estructural dels mecanismes moleculars que permeten a les ubiquitin lligases de tipus E3 marcar específicament llurs dianes per a la degradació proteosòmica - entre d'altres - resulta fonamental donada la seva importància pel que fa al control sobre el turnover proteic a nivell intracel•lular. En aquest projecte es pretén elucidar els mecanismes d'activació i catlàlisi de les ubiquitin lligases E3 tipus HECT Smurf1 i Nedd4L al mateix temps que se n'estudia la implicació en la regulació dels agents missatgers de la ruta del TGF-B. Així, la tasca es divideix en tres sub-projectes els quals se centren en a) l'estudi de la interacció d'aquestes lligases amb llurs dianes; b) l'elucidació del mecanisme d'activació i c) del de catàlisi d'aquests enzims. Per tal d'assolir aquests objectius ens servim principalment dels avantatges que ens aporta la Ressonància Magnètica Nuclear i altres tècniques biofísiques, principalment la ITC. Durant el temps que he gaudit de la beca FI, m'he centrat principalment en la preparació de pèptids per SPPS, llur purificació per HPLC i caracterització per MS i RMN. Aquests pèptids representen diferents patrons de fosforilació de certes dianes de les lligases esmentades, de manera que han estat emprats per a l'estudi d'interaccions proteïna-proteïna per ITC i RMN. M'he iniciat doncs en l'ús d'aquestes tècniques. D'altra banda, també he preparat mostres protèiques mitjançant l'ús de sistemes d'expressió bacterians basats en E.coli, incloent l'amplificació i clonació del gen que codifica per la proteïna d'interés així com la seva expressió, purificació i caracterització per MS i RMN.